Nel panorama della produzione farmaceutica, la scelta tra processi in batch e in continuous manufacturing rappresenta una sfida cruciale per l’efficienza operativa e la qualità del prodotto finale. Uno studio pubblicato sulla rivista International Journal of Pharmaceutics ha confrontato i due modelli applicati alla produzione di compresse rivelando come la dinamica di flusso dei materiali giochi un ruolo determinante nel determinare consistenza e prestazioni del prodotto finale.
Nel processo in batch, l’elevata variabilità del flusso si riflette sulla qualità finale delle compresse, che diventa altrettanto variabile, sebbene con una accurata pre-miscelazione la concentrazione di API risulti più stabile. Nel complesso, spiegano i ricercatori, ottimizzare la scelta degli eccipienti e le impostazioni di processo rimane la soluzione più efficace per ottimizzare i risultati di entrambi i metodi.
Lo studio ha confrontato i processi adottando un ampio ventaglio di configurazioni: venti formulazioni di cui dieci a basso dosaggio (1% p/p) e dieci con dosaggio elevato (40% p/p), combinati con una varietà di diversi eccipienti.
Massa delle compresse
L’analisi della capacità dei materiali di fluire e comprimersi efficacemente nei due processi ha messo in luce il ruolo cruciale delle dinamiche del flusso. I ricercatori hanno valutato diversi aspetti del comportamento dei materiali in polvere (come scorrevolezza, uniformità di riempimento, permeabilità e comprimibilità) verificandone l’impatto su parametri chiave della qualità delle compresse, come la variabilità della massa (σMass) e la resistenza alla trazione (σTS).
Nei processi in batch, la variabilità della massa delle compresse è stata generalmente più elevata rispetto ai processi continui, soprattutto a concentrazioni elevate di principio attivo.
I valori massimi di variabilità sono stati registrati per le formulazioni contenenti cariche più coesive, come la cellulosa microcristallina (MCC), mentre quelle più scorrevoli e meno comprimibili (ad esempio, il co-processed lactose-lactitol 40LL e il lattosio anidro 22AN) hanno mostrato i livelli minimi. In dettaglio, la variabilità osservata è stata:
- 1% di principio attivo: Minima 0.60%, Massima 1.50%
- 40% di principio attivo: Minima 1.80%, Massima 5.70%
Per il processo continuo, la variabilità osservata è stata:
- 1% di principio attivo: Minima 0.50%, Massima 1.20%
- 40% di principio attivo: Minima 1.30%, Massima 4.30%
Resistenza
Anche la resistenza alla trazione è risultata meno costante nei processi batch, a causa di una minore consistenza nel riempimento degli stampi rispetto ai processi continui.
Il flusso intermittente della polvere tende a generare disomogeneità nel riempimento degli stampi, specialmente con materiali meno fluidi o altamente coesivi, come la cellulosa microcristallina. Nel complesso, le prove in batch hanno rivelato che le formulazioni a basso e ad alto dosaggio erano processabili quando si puntava a una forza di compressione principale bassa (5 kN) o intermedia (10 kN) mentre con forze più elevate (15 kN) si è riscontrata una maggior difficoltà a mantenere una forza costante quando gli sono in concentrazioni elevate (40%).
Per ridurre questa variabilità, lo studio suggerisce di adottare misure come l’aggiunta di glidanti per migliorare il flusso della polvere o l’ottimizzazione delle impostazioni del sistema di alimentazione.
Bridging e rathole
Una delle principali problematiche che disturbano l’omogeneità del flusso dei materiali è la formazione, durante il passaggio nel sistema di alimentazione, di legami tra le particelle di materiale in polvere (il cosiddetto bridging), che resistono alla forza gravitazionale o alla pressione e interrompono il flusso continuo di polvere verso gli stampi, portando a riempimenti non uniformi e conseguenti variazioni nella qualità delle compresse. Questo fenomeno è la causa che durante lo studio ha impedito di ottenere un processo in batch stabile quando è stata richiesta una forza di compressione principale di 15kN.
Associato a questo fenomeno vi è quello della formazione di rathole (letteralmente “buco di ratto”), la formazione, cioè, di un canale centrale all’interno del materiale attraverso il quale la polvere fluisce, lasciando il materiale ai lati della tramoggia fermo e inutilizzato.
Nei processi continui, invece, la polvere è continuamente rifornita e agitata, migliorando la fluidità e la consistenza del flusso verso la pressa. Questo assicura un riempimento degli stampi più omogeneo, contribuendo a una migliore uniformità del peso e delle proprietà meccaniche delle compresse.
Ottimizzazione dei parametri di processo
Attraverso analisi statistiche multivariate, i ricercatori hanno individuato alcune correlazioni tra le proprietà dei materiali, le impostazioni del processo e le caratteristiche finali delle compresse.
In particolare, nella lavorazione in lotti è stato necessario aumentare i valori relativi all’altezza di riempimento (fill depth) e alla forza di compressione per compensare le variazioni causate dall’inconsistenza del flusso della polvere.
